資源簡介 (共57張PPT)微專題四 無機(jī)化工流程解題策略第四章非金屬及其化合物[專題精講]1.明確試題模式2.理清命題角度命題的角度主要有:(1)原料的處理方法,(2)重要轉(zhuǎn)化的方程式書寫,(3)物質(zhì)的分離、提純方法與原理,(4)反應(yīng)條件的控制方法,(5)涉及產(chǎn)率、Ksp的有關(guān)計(jì)算,(6)涉及的化學(xué)反應(yīng)原理分析等。3.建立思維模型(1)審題干——明確原料成分和目的要求(2)審流程——明確各步轉(zhuǎn)化原理和目的①看箭頭:進(jìn)入的是原料(即反應(yīng)物);出去的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)。②看三線:主線主產(chǎn)品、分支副產(chǎn)品、回頭為循環(huán)。③找信息:明確反應(yīng)條件控制和分離提純方法。④關(guān)注所加物質(zhì)的可能作用:參與反應(yīng)、提供反應(yīng)氛圍、滿足定量要求。(3)審問題——明確答什么①不要答非所問:要看清題目要求,按要求答題,防止答非所問。②規(guī)范答題:回答問題要準(zhǔn)確全面,注意語言表達(dá)的規(guī)范性,特別是化學(xué)用語的書寫與表示要準(zhǔn)確、規(guī)范。[典例精析]角度 1 以分離提純?yōu)橹黧w的化工流程【典例 1】(2023 年遼寧卷)某工廠采用如下工藝處理鎳鈷礦硫酸浸取液(含Ni2+、Co2+、Fe2+、Fe3+、Mg2+和Mn2+)。實(shí)現(xiàn)鎳、鈷、鎂元素的回收。已知:物質(zhì) Fe(OH)3 Co(OH)2 Ni(OH)2 Mg(OH)2Ksp 10-37.4 10-14.7 10-14.7 10-10.8回答下列問題:(1)用硫酸浸取鎳鈷礦時,提高浸取速率的方法為__________(答出一條即可)。(2)“氧化”中,混合氣在金屬離子的催化作用下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的過一硫酸(H2SO5),1 mol H2SO5 中過氧鍵的數(shù)目為____________________________________________________________。(3)“氧化”中,用石灰乳調(diào)節(jié) pH=4,Mn2+被 H2SO5 氧化為MnO2,該反應(yīng)的離子方程式為______________________________(H2SO5 的電離第一步完全,第二步微弱);濾渣的成分為 MnO2、________(填化學(xué)式)。(4)“氧化”中保持空氣通入速率不變,Mn(Ⅱ)氧化率與時間的關(guān)系如圖所示。SO2 體積分?jǐn)?shù)為____時,Mn(Ⅱ)氧化速率最大;繼續(xù)增大 SO2 體積分?jǐn)?shù)時,Mn(Ⅱ)氧化速率減小的原因是_____________________________________________________________。(5)“沉鈷鎳”中得到的 Co(Ⅱ)在空氣中可被氧化成CoO(OH),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________。(6)“沉鎂”中為使 Mg2+沉淀完全(25 ℃),需控制 pH 不低于____________(精確至 0.1)。式為,所以 1 mol H2SO5 中過氧鍵的數(shù)目為 NA。=10-14,pH=3.2,此時溶液的pH=4,則鐵離子完全水解,生成氫氧化鐵沉淀,故濾渣有Fe(OH)3、CaSO4。(4)根據(jù)圖示可知SO2體積分?jǐn)?shù)為9.0%時,Mn(Ⅱ)氧化率最大;繼續(xù)增大SO2體積分?jǐn)?shù)時,由于SO2有還原性,過多將會降低H2SO5的濃度,降低Mn(Ⅱ)氧化速率。(5)“沉鈷鎳”中得到的Co(OH)2,在空氣中可被氧化成CoO(OH),該反應(yīng)的化學(xué)方程式為4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O。(6)氫氧化鎂的Ksp=10-10.8,當(dāng)鎂離子完全沉淀時,c(Mg2+)=10-5 mol·L-1,根據(jù)Ksp可計(jì)算c(OH-)=10-2.9 mol·L-1,根據(jù)Kw=10-14,c(H+)=10-11.1 mol·L-1,所以溶液的pH=11.1。答案:(1)適當(dāng)增大硫酸濃度或適當(dāng)升高溫度或?qū)㈡団挼V粉碎增大接觸面積(2)NAFe(OH)3、CaSO4(4)9.0%SO2 有還原性,過多將會降低 H2SO5 的濃度,降低Mn(Ⅱ)氧化速率(5)4Co(OH)2+O2===4CoO(OH)+2H2O(6)11.1[思維建模]1.物質(zhì)成分的跟蹤與確定(1)循環(huán)物質(zhì)的確定(2)副產(chǎn)品的確定水溶法 除去可溶性雜質(zhì)酸溶法 除去堿性雜質(zhì)堿溶法 除去酸性雜質(zhì)氧化劑或還原劑法 除去還原性或氧化性雜質(zhì)加熱灼燒法 除去受熱易分解或易揮發(fā)的雜質(zhì)調(diào)節(jié)溶液的pH法 如除去酸性Cu2+溶液中的Fe3+等2.常用的提純方法3.增大礦石物質(zhì)的浸出率的措施有:攪拌,加熱,增大浸出液的濃度,粉碎增大固液接觸面積,延長浸出時間。過濾 分離難溶物和易溶物,根據(jù)特殊需要采用趁熱過濾或者抽濾等方法萃取和分液 利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里的溶解度不同提取分離物質(zhì),如用 CCl4 或苯萃取溴水中的溴蒸發(fā)結(jié)晶 提取溶解度隨溫度變化不大的溶質(zhì),如 NaCl4.常用的分離方法冷卻結(jié)晶 提取溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)、易水解的溶質(zhì)或結(jié)晶水合物,如KNO3、FeCl3、CuCl2、CuSO4·5H2O、FeSO4·7H2O等蒸餾或分餾 分離沸點(diǎn)不同且互溶的液體混合物,如分離乙醇和甘油冷卻法 利用氣體液化的特點(diǎn)分離氣體,如合成氨工業(yè)采用冷卻法分離平衡混合氣體中的氨氣(續(xù)表)檢驗(yàn)溶液中離子是否沉淀完全的方法 將溶液靜置一段時間后,用膠頭滴管取上層清液少許放入小試管中,向其中滴入沉淀劑,若無沉淀生成,則說明離子沉淀完全洗滌沉淀 沿玻璃棒往漏斗中加蒸餾水至液面浸沒沉淀,待水自然流下后,重復(fù)操作 2~3 次檢驗(yàn)沉淀是否洗滌干凈的方法 取少量最后一次的洗滌液于試管中,向其中滴入某試劑,若沒有特征現(xiàn)象出現(xiàn),則證明沉淀已洗滌干凈5.三種分離、提純的深化(1)過濾問題①3 個基本操作冰水洗滌的目的 洗去晶體表面的雜質(zhì)離子并降低被洗滌物質(zhì)的溶解度,減少其在洗滌過程中的溶解損耗乙醇洗滌的目的 降低被洗滌物質(zhì)的溶解度,減少其在洗滌過程中的溶解損耗,得到較干燥的產(chǎn)物減壓過濾(抽濾) 加快過濾速率,使沉淀更干燥②特定洗滌目的蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶 適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)的分離提純,如除去KNO3中的少量NaCl,或受熱易分解的物質(zhì)的提純,如晶體水合物、銨鹽等蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾 適用于雜質(zhì)的溶解度隨溫度變化較大物質(zhì)的分離提純,可減少雜質(zhì)晶體的析出,如除去NaCl中的少量KNO3(2)結(jié)晶方式晶體的干燥:要得到干燥的晶體,常見的干燥方法有自然晾干、濾紙吸干、在干燥器中干燥、烘干(適用于熱穩(wěn)定性較好的物質(zhì))。物質(zhì) 開始沉淀 沉淀完全Fe(OH)3 1.5 3.7Fe(OH)2 7.6 9.6Mn(OH)2 8.3 9.8(3)調(diào)節(jié)溶液 pH 分離提純①控制溶液的酸、堿性使其中某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。例如,已知幾種物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示:若要除去Mn2+溶液中含有的Fe2+、Fe3+,可先用氧化劑把Fe2+氧化為Fe3+,再調(diào)節(jié)溶液的pH為3.7≤pH<8.3。調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)應(yīng)滿足兩點(diǎn):能與H+反應(yīng),使溶液pH增大;不引入新雜質(zhì)。例如,要除去Cu2+溶液中混有的Fe3+,可加入CuO、Cu2(OH)2CO3、CuCO3、Cu(OH)2等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH。已知:常溫下,Ksp(Li2CO3)=2.2×10-2。相關(guān)化合物的溶解度與溫度的關(guān)系如圖所示。回答下列問題:(1)含硼固體中的 B(OH)3 在水中存在平衡:B(OH)3+H2OH++[B(OH)4]-(常溫下,Ka=10-9.34);B(OH)3與NaOH溶液反應(yīng)可制備硼砂[Na2B4O5(OH)4·8H2O]。常溫下,在0.10 mol·L-1硼砂溶液中,[B4O5(OH)4]2-水解生成等物質(zhì)的量濃度的B(OH)3和[B(OH)4]-,該水解反應(yīng)的離子方程式為_________________________,該溶液pH=___________。(3)精制Ⅱ的目的是____________________;進(jìn)行操作 X 時應(yīng)選擇的試劑是___________,若不進(jìn)行該操作而直接濃縮,將導(dǎo)致_______________________________________________________________________________________________________________。經(jīng)濃縮結(jié)晶后得到晶體,該晶體中含有Mg2+、Na+、Li+、Cl-、解析:由流程可知,鹵水中加入鹽酸脫硼后過濾,所得濾液SO 等,焙燒后生成 HCl 氣體;燒渣水浸后過濾,濾液中加生石灰后產(chǎn)生沉淀,在此條件下溶解度最小的是 CaSO4,則濾渣Ⅰ的主要成分為 Mg(OH)2、CaSO4;由于 CaSO4 微溶于水,精制Ⅰ所得濾液中再加純堿又生成沉淀,則濾渣Ⅱ?yàn)?CaCO3;精制Ⅱ所得濾液經(jīng)操作 X 后,所得溶液經(jīng)濃縮結(jié)晶、過濾得到氯化鈉,濃縮后的濾液中加入飽和碳酸鈉溶液沉鋰,得到 Li2CO3。微溶于水,精制Ⅰ所得濾液中還含有一定濃度的Ca2+,還需要除去Ca2+,因此,精制Ⅱ的目的是:加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的Ca2+轉(zhuǎn)化為CaCO3(或除去精制Ⅰ所得濾液中的Ca2+),提高Li2CO3純度。操作X是為了除去剩余的碳酸根離子,為了防止引入雜質(zhì)離子,應(yīng)選擇的試劑是鹽酸;加入鹽酸的目的是除去剩余的碳酸根離子,若不進(jìn)行該操作而直接濃縮,將導(dǎo)致濃縮液中因CO 濃度過大使得Li+過早沉淀,即濃縮結(jié)晶得到的NaCl中會混有Li2CO3,最終所得Li2CO3的產(chǎn)率減小。答案:(1)[B4O5(OH)4]2-+5H2O===2B(OH)3+2[B(OH)4]-9.24(2)Mg(OH)2、CaSO4 5.5×10-3 純堿(3)加入純堿將精制Ⅰ所得濾液中的Ca2+轉(zhuǎn)化為CaCO3(或除去精制Ⅰ所得濾液中的Ca2+),提高Li2CO3純度 鹽酸 濃縮液中因CO 濃度過大使得Li+過早沉淀,即濃縮結(jié)晶得到的NaCl中會混有Li2CO3,最終所得Li2CO3的產(chǎn)率減小角度 2 以物質(zhì)制備為主體的化工流程【典例 2 】(2023 年全國甲卷)BaTiO3 是一種壓電材料。以BaSO4 為原料,采用下列路線可制備粉狀 BaTiO3。回答下列問題:(1)“焙燒”步驟中碳粉的主要作用是___________________。(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有 BaCl2、易溶于水的 BaS 和微溶于水的 CaS。“浸取”時主要反應(yīng)的離子方程式為______________________________________________________________。(3)“酸化”步驟應(yīng)選用的酸是______(填字母)。a.稀硫酸c.鹽酸b.濃硫酸d.磷酸(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取,是否可行?__________,其原因是______________________________。(5)“沉淀”步驟中生成 BaTiO(C2O4)2 的化學(xué)方程式為____________________________________。解析:由流程和題中信息可知,BaSO4 與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到 CO、BaCl2、易溶于水的 BaS 和微溶于水的 CaS;燒渣經(jīng)水浸取后過濾,濾渣中有碳粉和 CaS,濾液中有 BaCl2 和 BaS;濾液經(jīng)酸化后濃縮結(jié)晶得到 BaCl2 晶體;BaCl2晶體溶于水后,加入 TiCl4 和(NH4)2C2O4 將鋇離子充分沉淀得到BaTiO(C2O4)2;BaTiO(C2O4)2 經(jīng)熱分解得到 BaTiO3。(1)“焙燒”步驟中,BaSO4 與過量的碳粉及過量的氯化鈣在高溫下焙燒得到 CO、BaCl2、BaS 和 CaS,BaSO4 被還原為 BaS,因此,碳粉的主要作用是做還原劑,將 BaSO4 還原。(2)“焙燒”后固體產(chǎn)物有 BaCl2、易溶于水的 BaS 和微溶于水的CaS。易溶于水的 BaS 與過量的 CaCl2 可以發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成硫化鈣沉淀,因此,“浸取”時主要反應(yīng)的離子方程式為 S2-+Ca2+===CaS↓。(3)“酸化”步驟是為了將 BaS 轉(zhuǎn)化為易溶液于的鋇鹽,由于硫酸鋇和磷酸鋇均不溶于水,而BaCl2可溶于水,因此,應(yīng)選用的酸是鹽酸,選c。(4)如果焙燒后的產(chǎn)物直接用酸浸取是不可行的,其原因是產(chǎn)物中的硫化物與酸反應(yīng)生成的有毒氣體H2S會污染空氣,而且CaS與鹽酸反應(yīng)生成可溶于水的CaCl2,導(dǎo)致BaCl2溶液中混有CaCl2雜質(zhì)無法除去,最終所得產(chǎn)品的純度降低。(5)“沉淀”步驟中生成BaTiO(C2O4)2的化學(xué)方程式為BaCl2+TiCl4+H2O+2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓+4NH4Cl+2HCl。(6)“熱分解”生成粉狀鈦酸鋇,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為BaTiO(C2O4)2 BaTiO3+2CO2↑+2CO↑,因此,產(chǎn)生的n ∶nCO=1∶1。答案:(1)做還原劑,將 BaSO4 還原(2)S2-+Ca2+===CaS↓(3)c(4)不可行 產(chǎn)物中的硫化物與酸反應(yīng)生成的有毒氣體H2S會污染空氣,而且CaS與鹽酸反應(yīng)生成可溶于水的CaCl2,導(dǎo)致BaCl2溶液中混有CaCl2雜質(zhì)無法除去,最終所得產(chǎn)品的純度降低 (5)BaCl2+TiCl4+H2O+2(NH4)2C2O4===BaTiO(C2O4)2↓+4NH4Cl+2HCl(6)1∶1方法 目的 解題指導(dǎo)粉碎、研磨 將塊狀或顆粒狀的物質(zhì)磨成粉末 增大反應(yīng)物接觸面積,以加快反應(yīng)速率或使反應(yīng)更充分,也是提高“浸出率”的方法之一[思維建模]1.原料的預(yù)處理方法 目的 解題指導(dǎo)浸取 水浸 與水接觸而反應(yīng)或溶解 (1)加熱、攪拌、適當(dāng)提高酸(或堿)濃度,可以加快酸(或堿)的浸出速率;增加浸出時間可使樣品充分溶解,可提高浸出率。(2)酸溶時所加酸的量不能太多。①過多消耗后續(xù)調(diào)節(jié) pH 所加的堿性試劑。②如果實(shí)驗(yàn)過程有硫化物,酸過量會形成有毒氣體硫化氫酸浸 與酸接觸而反應(yīng)或溶解,使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液,不溶物通過過濾除去堿浸 除去油污,溶解酸性氧化物、鋁及其氧化物(續(xù)表)方法 目的 解題指導(dǎo)灼燒(焙燒) 1.除去可燃性雜質(zhì)2.使原料初步轉(zhuǎn)化 ①除去硫、碳單質(zhì)。②使有機(jī)物轉(zhuǎn)化或除去有機(jī)物。③高溫下原料與空氣中氧氣反應(yīng)等。④使一些雜質(zhì)在高溫下氧化、分解,如煅燒高嶺土(續(xù)表)2.物質(zhì)制備過程的條件控制(1)控制體系的環(huán)境氛圍①需要在酸性氣流中干燥 FeCl3、AlCl3、MgCl2 等含水晶體,抑制水解并帶走因分解產(chǎn)生的水汽。②營造還原性氛圍,防止還原性物質(zhì)被氧化。如加入鐵粉防止 Fe2+被氧化。③加入氧化劑進(jìn)行氧化。如加入綠色氧化劑 H2O2 將 Fe2+氧化轉(zhuǎn)化為 Fe3+,綠色氧化劑 H2O2 的優(yōu)點(diǎn):不引入新雜質(zhì),對環(huán)境無污染。(2)控制反應(yīng)溫度①加熱:加速溶解、加快反應(yīng)速率或促進(jìn)平衡向某個方向移動(如促進(jìn)水解生成沉淀)。②降溫:防止某物質(zhì)在某溫度時會溶解或分解,或促進(jìn)平衡向某個方向移動。③控制溫度在一定范圍內(nèi),綜合多方面因素考慮。如使反應(yīng)速率不至于太慢、抑制或促進(jìn)平衡移動、防止反應(yīng)物分解、防止副反應(yīng)發(fā)生、使催化劑的催化活性最高等。④如題目中出現(xiàn)了包括產(chǎn)物在內(nèi)的各種物質(zhì)的溶解度信息,則要根據(jù)它們?nèi)芙舛入S溫度升高而改變的情況,尋找合適的結(jié)晶分離方法。3.在流程題中,常會看到壓強(qiáng)、溫度等外界條件的出現(xiàn),不同的工藝對化學(xué)反應(yīng)的溫度或壓強(qiáng)有不同的要求,其所起的作用也不一樣,但都是能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡年P(guān)鍵所在,也是經(jīng)常考查的地方。對外界條件的分析主要從對反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的影響這兩個方面著手。如(1)使催化劑的活性達(dá)到最高。如工業(yè)合成氨或 SO2 的催化氧化反應(yīng),選擇的溫度是 500 ℃左右,原因之一就是這樣可使催化劑的活性達(dá)到最高。(2)對于一些工藝來說,降溫或減壓都可以減少能源成本,降低對設(shè)備的要求。[變式訓(xùn)練 2](2022 年遼寧等級考)某工廠采用輝鉍礦(主要成分為 Bi2S3,含有 FeS2、SiO2 雜質(zhì))與軟錳礦(主要成分為 MnO2)聯(lián)合焙燒法制備 BiOCl 和 MnSO4,工藝流程如下:金屬離子 開始沉淀pH 完全沉淀pHFe2+ 6.5 8.3Fe3+ 1.6 2.8Mn2+ 8.1 10.1已知:①焙燒時過量的 MnO2 分解為 Mn2O3 ,F(xiàn)eS2 轉(zhuǎn)變?yōu)?br/>Fe2O3;②金屬活動性:Fe>(H)>Bi>Cu;③相關(guān)金屬離子形成氫氧化物的 pH 范圍如下:回答下列問題:(1)為提高焙燒效率,可采取的措施為__________(填字母)。a.進(jìn)一步粉碎礦石b.鼓入適當(dāng)過量的空氣c.降低焙燒溫度(2)Bi2S3 在空氣中單獨(dú)焙燒生成 Bi2O3,反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________________________。(3)“酸浸”中過量濃鹽酸的作用為:①充分浸出 Bi3+和 Mn2+;②____________________。(4)濾渣的主要成分為__________(填化學(xué)式)。(5)生成氣體 A 的離子方程式為________________________。(6)加入金屬 Bi 的目的是______________________________________________________________________________________。解析:聯(lián)合焙燒:由已知信息①和第(2)問題干可知,發(fā)生轉(zhuǎn)化:Bi2S3→Bi2O3+SO2、FeS2→Fe2O3+SO2、MnO2→Mn2O3+MnSO4,故聯(lián)合焙燒后得到Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3、MnSO4和SiO2;水浸:MnSO4進(jìn)入濾液,濾渣為Bi2O3、Fe2O3、Mn2O3和SiO2;酸浸:加入過量濃鹽酸后,Bi2O3和Fe2O3發(fā)生轉(zhuǎn)化:Bi2O3→Bi3+、Fe2O3→Fe3+,因Mn2O3有氧化性,會與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng):Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O,氣體A為Cl2,濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2,濾液中金屬離子為Bi3+、Fe3+、Mn2+。第(4)(5)問轉(zhuǎn)化:由已知信息②知,F(xiàn)e的金屬活動性強(qiáng)于 Bi,且調(diào) pH=2.6 時 Mn2+和 Fe2+進(jìn)入濾液,可知加入金屬 Bi 的目的是將 Fe3+還原為 Fe2+。(1)聯(lián)合焙燒時,進(jìn)一步粉碎礦石,可以增大礦石與空氣的接觸面積,能夠提高焙燒效率,a 符合題意;鼓入適當(dāng)過量的空氣有利于礦石充分反應(yīng),b 符合題意;降低焙燒溫度,反應(yīng)速率減慢,不利于提高焙燒效率,c不符合題意。(2)Bi2S3 在空氣中單獨(dú)焙燒生成 Bi2O3,根據(jù)原子守恒可知還應(yīng)生成 SO2,結(jié)合得失電子守恒,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2。(3)加入濃鹽酸后,溶液中含有的離子主要為Bi3+、Fe3+、Mn2+、H+、Cl-,而酸浸后取濾液進(jìn)行轉(zhuǎn)化,故要防止金屬離子水解生成沉淀,進(jìn)入濾渣,造成制得的BiOCl產(chǎn)率偏低。(4)濾渣主要為不溶于濃鹽酸的SiO2。(5)因Mn2O3有氧化性,會與濃鹽酸發(fā)生氧化還原反應(yīng):Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O。(6)由已知信息③知,調(diào)pH=2.6時,F(xiàn)e3+會水解生成Fe(OH)3沉淀,但Fe2+還沒開始沉淀,故要將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+,在調(diào)pH后獲得含F(xiàn)eCl2的濾液,為了不引入新的雜質(zhì),加入Bi做還原劑。答案:(1)ab(2)2Bi2S3+9O22Bi2O3+6SO2(3)抑制金屬離子水解 (4)SiO2(5)Mn2O3+6H++2Cl-===2Mn2++Cl2↑+3H2O (6)將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+ 展開更多...... 收起↑ 資源預(yù)覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫